低固相甲酸鉀鉆開液體系室內(nèi)研究

趙強(qiáng)，許明標(biāo)，陳毅，周姍姍 （長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

在鉆井過程中，由于油氣層的打開改變了原有的環(huán)境狀態(tài)，鉆開液中的固相和液相侵入油氣層內(nèi)，使油氣層的有效滲透率受到不同程度的損害。因此，要最大限度地保護(hù)油層，一般采用低固相或無固相鉆開液來防止固相侵入對油層孔隙的堵塞和污染。

為了最大限度地保證在高水敏油層和高含黏土地層的油層保護(hù)效果，室內(nèi)在現(xiàn)有PRD鉆開液、聚胺鉆開液的基礎(chǔ)上，加入一定量的KCOOH，建立了一套低固相甲酸鉀鉆開液體系。該鉆開液體系具有很強(qiáng)的抑制泥頁巖水化分散的能力以及獨(dú)特的流變性，同時(shí)還具有較高的低剪切速率黏度，良好的防塌抑制鉆屑分散的能力，能夠最大限度地保護(hù)油氣層。

1 試驗(yàn)部分

1）試驗(yàn)藥品 NaOH；Na2CO3；KCOOH；增黏劑 （PF-VIS）；降失水劑 （PF-FLOCAT）；聚胺（UHIB）；聚合醇 （JLX）；暫堵劑 （JQWY）。

2）試驗(yàn)儀器 SD4多聯(lián)中壓失水儀；XGRL-4高溫滾子爐；ZNN-D6六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；GJS-B12K攪拌器；YM-3密度計(jì)；CLDS-Ⅱ高溫高壓動(dòng)態(tài)失水試驗(yàn)儀；2PBOOC系列平流泵。

2 鉆開液體系的構(gòu)建

室內(nèi)構(gòu)建了密度為1．53g／cm3，具有可操作性的水基鉆開液體系?；九浞綖椋汉Ｋ?．15%NaOH＋0．25%Na2CO3＋1．1%增黏劑PF-VIS＋2．5%降失水劑 PF-FLOCAT＋1．0%聚胺 UHIB＋2．0%潤滑劑LUBE＋2%～3%聚合醇JLX＋265%KCOOH＋5%暫堵劑JQWY。配方中百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.1 增黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

聚合物鉆開液中，為保證低固相下鉆開液具有較高的黏度及良好的流變性，通常需添加增黏劑來提高鉆開液黏度。表1評價(jià)了增黏劑PF-VIS質(zhì)量分?jǐn)?shù)對體系流變性能的影響，從表1可以看出，隨著PF-VIS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黏度、切力逐漸增加，失水量逐漸降低，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1．0%、1．1%時(shí)，流變性和失水量較為適宜，推薦PF-VIS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1．0%～1．1%，配方中PF-VIS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)取值為1．1%。

表1 PF-VIS質(zhì)量分?jǐn)?shù)對體系流變性的影響

在水平井及大位移井開發(fā)中，鉆開液體系需具有良好的攜帶和懸浮鉆屑的能力，室內(nèi)評價(jià)了該體系在低剪切速率下的黏度。從圖1中可以看出，隨著剪切速率的降低，體系黏度急劇升高，體現(xiàn)了該體系良好的攜帶及懸浮鉆屑的能力。

2.2 降濾失劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

室內(nèi)評價(jià)了淀粉類降失水劑PF-FLOCAT質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對體系性能的影響。從表2中可以看出，隨著PF-FLOCAT質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系黏度增大，API失水量變小。當(dāng)PF-FLOCAT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2．5%～3．0%時(shí)失水量變化不大，因此，配方中PF-FLOCAT質(zhì)量分?jǐn)?shù)取值為2．5%。

表2 PF-FLOCAT質(zhì)量分?jǐn)?shù)對體系降濾失效果的影響

2.3 加重方式的確定

在該體系中沒有采用傳統(tǒng)的加重劑加重的方式，而是通過調(diào)節(jié)甲酸鹽水基液的密度來實(shí)現(xiàn)加重。傳統(tǒng)的加重劑加重，會(huì)導(dǎo)致鉆開液中固相含量較高，造成壓差卡鉆、摩阻過大，傷害儲層等問題。利用甲酸鉀加重的基液中無惰性固相，可以降低鉆井中存在的風(fēng)險(xiǎn)。

3 鉆開液性能評價(jià)

3.1 抗侵污性能

室內(nèi)評價(jià)了該體系的抗鉆屑、CaCl2、MgCl2侵污的性能。從表3中可以看出，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%鉆屑侵污下，體系稍微增稠，失水量略為增大；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2．5%的CaCl2、MgCl2侵污下，體系性能基本無變化，表明該體系具有較好的抗侵污性能。

表3 體系抗侵污性能

3.2 抑制性能

室內(nèi)采用熱滾回收率的方法評價(jià)了聚胺質(zhì)量對體系抑制性能影響，表4給出了0%～3%范圍內(nèi)聚胺UHIB對體系的影響，可以看出，隨著UHIB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系的滾動(dòng)回收率增加。未加UHIB時(shí)，體系的滾動(dòng)回收率為96．6%；當(dāng)UHIB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，體系的滾動(dòng)回收率為98．5%，

3.3 潤滑性能

表4 聚胺UHIB質(zhì)量對鉆開液體系滾動(dòng)回收率的影響

在鉆井過程中，若鉆開液潤滑性能不好，會(huì)造成鉆具回轉(zhuǎn)阻力增大，起下鉆困難，甚至發(fā)生黏附卡鉆和斷鉆具事故；當(dāng)鉆具回轉(zhuǎn)阻力過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鉆具振動(dòng)，從而有可能引起鉆具斷裂和井壁失穩(wěn)。室內(nèi)評價(jià)了潤滑劑LUBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)對體系性能的影響。從表5可以看出，隨著潤滑劑LUBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系流變性能基本無變化，但是摩阻因數(shù)降低明顯。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，可以考慮加入1%～2%的潤滑劑。

表5 潤滑劑LUBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鉆開液潤滑性能的影響

3.4 抗溫性能

室內(nèi)評價(jià)了鉆開液體系在100～140℃之間熱滾老化性能。表6給出了不同溫度下，體系的基本性能。可以看出，隨著熱滾溫度的升高，體系的流變性和API失水比較穩(wěn)定 ，說明體系具有良好的抗高溫老化能力，在140℃以下能夠滿足現(xiàn)場鉆井作業(yè)的要求。

表6 溫度對鉆開液體系性能的影響

3.5 儲層保護(hù)

室內(nèi)模擬評價(jià)了將少量破膠液加壓擠入地層后，不用等待其發(fā)生大量漏失，觀察其儲層保護(hù)效果。試驗(yàn)過程：巖心經(jīng)過鉆開液污染后，將巖心帶壓進(jìn)行短時(shí)間破膠，注入破膠液在0．4MPa下，在1min內(nèi)即漏失2PV液體，關(guān)閉巖心出口端，帶壓恒溫浸泡3．5h。該鉆開液鉆開油氣層后，在完井時(shí)，擠入破膠液再帶壓進(jìn)行短時(shí)間浸泡漏失 （室內(nèi)0．4MPa只經(jīng)歷了1min），隨后即關(guān)緊巖心出口閥門的條件下，巖心的滲透率恢復(fù)值即可達(dá)到90%左右，表明該體系具有良好的儲層保護(hù)性能。

4 結(jié)論

1）鉆開液基本配方：海水＋0．15%NaOH＋0．25%Na2CO3＋1．1%PF-VIS＋2．5%PF-FLOCAT＋1．0%UHIB＋2～3%JLX＋265%KCOOH＋5%JQWY （配方中百分?jǐn)?shù)為與海水質(zhì)量比），體系密度1．53g／cm3，具有較好的綜合性能。

2）該鉆開液體系在采用甲酸鉀加重到要求的密度，通過添加聚胺使得體系具有很強(qiáng)的抑制泥頁巖水化分散的能力，滾動(dòng)回收率達(dá)到98．5%。

3）該鉆開液體系具有獨(dú)特的流變性，具有較高低剪切速率黏度，這對大斜度井及水平井懸浮和攜帶鉆屑以及防止巖屑床的形成是非常有利的，也可以有效地降低鉆開液向儲層的濾失，有利于儲層保護(hù)。

4）該鉆開液體系具有良好的抗CaCl2、MgCl2、鉆屑污染能力；良好的抑制性、潤滑性和抗溫能力。

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